小博士学人工智能与编程

　　从小开始学习人工智能，是我们这两代人的共同任务。教育部颁发的《普通高中信息技术课程标准》明确 提出“通过搭建简单的人工智能应用模块，亲历设计与实现简单智能系统的基本过程与方法”，要求学生从一开 始就要在注重智能概念和理论学习的同时，通过智能算法的编程实现来培养自己的动手能力，为以后的学习奠 定坚实的基础。本书将智能、交互、编程三者结合，融入智能、交互的概念与方法，通过设计与实现游戏、解题、下棋等 智能应用实例，学习概念、算法、编程，并培养动手能力。本书分为5 个单元。第1、2 单元为编程入门和编程 进阶，从零开始学习编程，包括编程基础及代码实现方法，通过多个实例介绍现代基于对象的编程方法。第3 单 元介绍人机交互，讲授人机交互的概念，包括交互方法与交互设计，通过游戏开发实例，把交互概念融入交互 方法的编程实现中，在生动有趣的游戏编程实践中学习人机交互，积累编程经验和技巧。第4、5 单元为人工智 能和智能算法，从多个角度、用多个实例说明人工智能从模仿人的智能活动到局域地超越人类智能的思想，并 通过流程图、算法和编程实现让读者亲自体验用算法和程序超越自己的智能的快乐！本书将智能、交互、编程落实到具体的人工智能学习与编程实践中，使得三者密不可分，互相促进。本书 作者亲自编写了所有的代码，提供了详细的算法说明与算法流程图。 本书适用于所有喜欢人工智能的中小学生，无须具有编程基础。

　　陶霖密，博士，清华大学计算机科学与技术系副教授，博士。具有浙江大学生物学学士，中国科学院生物物理所认知学硕士，清华大学计算机应用工学博士。意大利科学院国际高等科学研究所视觉认知与计算理论博士后。曾任意大利意大利科学院国际高等科学研究所助理研究员，意大利威诺娜大学助理教授。回国后任清华大学计算机科学与技术系副教授，讲授《人机交互理论》、《模式识别》和《信号处理》等课程。 陶霖密博士于2001年起从事水下机器人和水下传感器的研究，任欧盟第五框架计划大型项目《基于增强现实的水下机器人》的项目协调人，该项目有六个欧盟单位参加，本人代表意大利威诺娜大学出任项目负责人（欧盟为项目协调人）；2010开始从事可穿戴技术研究，组织申请了欧盟第七框架计划重大项目，立项后任项目《可穿戴心脏病健康与辅助诊断》的科学协调人，该项目由十七个单位参加，其中十六个单位来自欧盟国家，本人代表清华大学任项目首席科学家（科学协调人）。承担了国家自然科学重点基金项目《情感计算》，国家863计划重大项目《脑机接口》，从事脑控电脑与脑控机器人研究。在各种顶级国际会议和国际期刊上发表了多篇论文，并与MIT，Boston U，IBM，INTEL，SIEME

目 录

第1 单元 编程入门001
1.1 什么是编程001
1.1.1 计算机语言001
1.1.2 Scratch 语言003
1.1.3 编程与程序004
1.2 编程环境004
1.3 创建一个新项目008
1.3.1 集成编程环境009
1.3.2 造型与声音010
1.4 编故事，写代码013
1.4.1 角色与背景014
1.4.2 写代码017
1.5 纠错与循环020
1.5.1 纠错020
1.5.2 鼠标事件021
1.5.3 循环022
1.6 事件023
1.6.1 声音023
1.6.2 编程习惯025
1.7 程序的初始化026
1.7.1 初始化027
1.7.2 背景切换事件 028
1.7.3 角色与人交互 029
1.8 角色的消失与显示 030
1.9 新的角色032
1.10 单元小结037

第2 单元 编程进阶 039
2.1 继承已完成的程序 039
2.2 学会克隆 042
2.2.1 克隆的对象 043
2.2.2 克隆体的消失 043
2.2.3 复制角色045
2.3 多循环的配合 046
2.4 基于对象的编程050
2.4.1 复制代码050
2.4.2 修改参数052
2.4.3 对象与代码052
2.5 角色移动的新方法053
2.6 有限循环、无限循环与嵌套循环056
2.6.1 有限循环与无限循环057
2.6.2 嵌套循环057
2.6.3 嵌套循环应用058
2.7 条件控制：如果……那么…… 060
2.8 对象之间的通信与协同 064
2.8.1 对象的独立性 064
2.8.2 对象之间的通信 064
2.8.3 对象之间的协同065
2.9 中止无限循环068
2.9.1 循环和条件控制之间的配合068
2.9.2 角色之间的配合 069
2.10 单元小结 071

第3 单元 人机交互 073
3.1 导论073
3.2 交互规划075
3.3 继承和改编077
3.3.1 导入和导出角色078
3.3.2 角色分类 079
3.4 变量 079
3.4.1 变量的运算 079
3.4.2 全局变量081
3.5 交互计算 082
3.5.1 整体规划 083
3.5.2 基于消息的协同 083
3.5.3 对象内的消息传递085
3.6 交互方法086
3.7 交互规则 090
3.7.1 规则的实现091
3.7.2 规则与状态 092
3.7.3 规则与角色 094
3.8 交互设计 096
3.8.1 交互背景设计 097
3.8.2 交互角色设计 098
3.9 双人交互 101
3.9.1 双人交互设计 101
3.9.2 双人交互实现103
3.9.3 双赢的双人交互105
3.10 单元小结 106

第4 单元 人工智能 109
4.1 导论109
4.1.1 智能计算111
4.1.2 智能计算示例111
4.2 计算方法 113
4.2.1 数据与列表 114
4.2.2 初始化列表 115
4.2.3 更多的数据 116
4.3 算法流程及其优化 117
4.3.1 算法流程 118
4.3.2 优化流程 118
4.4 智能查找120
4.4.1 流程控制变量120
4.4.2 多判断流程 121
4.4.3 交互输入 122
4.5 智能筛选 125
4.5.1 试除法找质数 126
4.5.2 筛子法找质数 126
4.5.3 筛子法的基本思想 127
4.5.4 筛子法的特点130
4.6 筛选流程130
4.7 实现筛选 132
4.7.1 质数和奇数列表132
4.7.2 筛子循环 132
4.7.3 逻辑运算 135
4.8 算法扩展 137
4.9 流程与实现138

4.10 单元小结142

第5 单元 智能算法 145
5.1 智能与算法 145
5.1.1 图灵测试 145
5.1.2 机器智能 146
5.2 冒泡排序算法146
5.2.1 算法思想 147
5.2.2 算法实现148
5.3 选择排序算法 150
5.3.1 算法思想 150
5.3.2 算法实现 151
5.4 插队排序算法 153
5.4.1 算法思想 153
5.4.2 算法实现 155
5.5 计数排序算法 157
5.5.1 算法思想 158
5.5.2 算法实现 159
5.6 基数排序算法160
5.6.1 算法思想 161
5.6.2 算法实现 163
5.7 查找算法169

5.7.1 算法思想 170
5.7.2 算法实现 171
5.8 回溯搜索算法 173
5.8.1 人工智能下棋174
5.8.2 四皇后搜索 175
5.8.3 交互搜索 176
5.9 八皇后问题求解 181
5.9.1 算法分析 181
5.9.2 算法实现183
5.9.3 算法流程 186
5.10 单元小结189
跋 192